一种可增大输出扭矩的偏心摆动型行星齿轮装置技术领域
本发明属于RV减速器领域，具体涉及一种可增大输出扭矩的偏心摆动型行星齿轮
装置。
背景技术
作为现有的偏心摆动型行星齿轮装置装置，众所周知例如在国内发表的专利文献
1---CN1831372A、专利文献2---CN10128082A、专利文献3---CN104633013A、专利文献4---
CN104565217A、专利文献5---CN1409029A、专利文献6---CN101263319A、专利文献7---
CN103968008A、专利文献8---CN105605159A、专利文献9---CN1120634A、专利文献10---
CN105020344A等专利文献中记载的装置；均采用少齿差摆线针轮型结构形式。
目前机器人减速器基本以RV减速器（摆线针轮结构）为主，因它体积小、扭矩大、定
位精度高、振动小、抗冲击等诸多优点，被广泛应用于工业机器人领域和精密机械领域，但
是这种减速器设计制造复杂、难度大、加工和安装精度要求高，其核心技术仍被日本公司垄
断，国内在机器人高精度减速器的设计、制造上没有取得实质性的突破，更没有自主知识产
权的产品；严重制约和阻碍国产工业机器人的发展。
当前市场上大减速比的减速器普遍采用摆线针轮型结构，例如：日本的RV减速器、
FA型减速器精密减速器以及通用型摆线针轮减速器等均采用摆线针轮结构形式；但是，该
摆线针轮结构类型减速器存在不能充分增大转矩的缺陷。例如现有的摆线针轮型减速装置
中，公知在国内上述发表的专利文献中记载的装置基本结构原理如BⅠ装置所述。该BⅠ装置
具备：内齿齿轮，在内周以一定齿距设置了由多个圆柱状滚柱构成的内齿；外齿齿轮，形成
有一个中央曲柄轴通孔和多个柱销通孔，外周具有由次摆线齿形构成的、与上述内齿啮合
并且齿数比该内齿数只少一个齿，并且其中心与上述内齿轮中心的距离保持不变；曲柄轴，
插入曲柄轴孔中；柱销体，插入各柱销通孔中；通过旋转使外齿齿轮偏心摆动；柱销体，可以
旋转地支持中央曲柄轴，同时多根柱销体活动地并且接触地插入各通孔中。该装置如图14、
15所示：外齿齿轮01与内齿轮03的偏心距为e，互相接触的外齿齿轮01的外齿02在其接触点
上分别给内齿轮03的内齿（圆柱）04施加与齿面垂直方向的驱动分力，同时作为其反作用内
齿（圆柱）04也给外齿02施加上述驱动分力的反作用力K。而且，如图16所示，各外齿01施加
给对应的内齿（圆柱）04的驱动分力的反作用力K的作用线D重合、并汇集在点C上，而汇集点
C位于，距离内齿轮中心半径方向外侧的距离记为L；例如在上述内齿轮内齿数一定、针齿数
量及分布位置一定和外齿轮对内齿轮偏心量也一定时，汇集点C的位置距内齿轮中心半径
方向的距离被固定，限制了汇集点C向距离内齿轮中心半径方向外侧的移动；制约了输出转
矩的增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种可增大输出扭矩的偏心摆动型行星齿轮装置，通过创新
设计新型内齿齿形，进一步增大偏心摆动型行星齿轮装置装置的输出扭矩，提高传递效率；
并且能够防止不大型化的同时增大输出扭矩。
本发明所采用的技术方案是：一种可增大输出扭矩的偏心摆动型行星齿轮装置，
包括内齿齿轮、外齿齿轮、曲柄轴和支撑体，外齿齿轮上具有至少一个曲柄轴孔和多个通
孔，外齿齿轮外周具有与内齿齿轮的内齿相互啮合并且齿数比内齿少1个的外齿；所述曲柄
轴插设于曲柄轴孔内，通过同步旋转各曲柄轴使外齿齿轮偏心摆动，所述支撑体为插设在
各通孔内的柱状体，用于旋转支撑各曲轴；所述内齿齿轮，在内周以一定齿距P设置有多个
抛物线形柱状滚柱构成的内齿，且使构成内齿齿厚S除以内齿的一定齿距P的比值减小到至
外齿的齿顶向半径方向外侧超过内齿齿根，并至少切除超过内齿轮的内齿根的部分的外
齿，以此来避免外齿与柱状抛物线形内齿齿根的干涉；当将通过构成上述柱状抛物线形内
齿的所有内齿齿根圆的半径设为R，并且将内齿齿轮的齿数设为Z时，使构成上述内齿的齿
厚在2Rsin(π/2z)±emm的范围内。
进一步优化，使构成内齿齿厚S除以内齿的一定齿距P的比值减小到至外齿的齿顶
向半径方向外侧超过内齿齿根，并至少切除相邻内齿之间的内齿轮的内齿齿根，由外齿齿
顶超过内齿轮的内齿根的部分深度量，以此来避免外齿与柱状抛物线形内齿齿根的干涉。
进一步优化，当将通过构成上述内齿的所有柱状抛物线形内齿的齿根圆半径设为
R，并且将从上述内齿轮内齿形齿面的法向到外齿施加给对应的内齿的驱动分力K´的作用
线D汇交于力臂轴线OL上产生的等效的力矩作用点C，得C点在半径方向上的距离OC设为Q
时，C点是上述半径方向上的距离Q在上述齿根圆半径R的0.85～1.00倍的范围内。
与现有技术相比，本发明至少具有下述优点及有益效果：
本发明的偏心摆动型行星齿轮装置通过创新设计新型内齿齿形，进一步增大偏心摆动
型行星齿轮装置装置的输出扭矩，提高传递效率；并且能够防止不大型化的同时增大输出
扭矩。
本发明以有效地实施推动少齿差精密减速器的技术进步，研制设计出我国自主知
识品牌的技术和产品；本项发明技术将打破国外的长期技术垄断，建立起拥有完全自主知
识产权的机器人用高精度减速器核心技术研发体系，提升我国在精密减速器方面的核心竞
争力，推动我国精密减速器及机器人工业的发展。
附图说明
图1为本发明的实施例l的侧剖视图；
图2为图l的I-I向视剖视图；
图3为作用于外齿上的反作用力K及其作用线Q的说明图；
图4为图3中U部分的放大图；
图5为本发明的实施例3的侧剖视图；
图6为图5的II-II向视剖视图
图7为内齿与外齿的啮合状态的剖视图；
图8为说明驱动分力（反作用力K）的作用线D汇交于OL力臂上等效力矩点C的状态的说
明图；
图9为本发明的实施例4的侧剖视图；
图10为图l1的III-III向视剖视图；
图11为内齿与外齿的啮合状态时U区域局部放大的剖视图；
图12为一齿差摆线针轮剖视图内齿的驱动分力K及其作用线D的说明图；
图13为示本发明抛物线形柱状内齿的驱动分力K及其作用线D的说明图；
图14为背景技术的一例的侧剖视图；
图15为背景技术的一例的剖视图；
图16为说明书背景技术中说明过的驱动分力（反作用力K）的作用线D汇交于OL力臂上
力矩点C的状态的说明图；
图17为有效工作啮合区的受力分析原理图。
具体实施方式
为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
在图l、图2中，AⅠ为用于机器人等的绕内齿轮抛物线形柱状内齿形偏心摆动型行星齿
轮装置装置，该行星齿轮装置装置AⅠ具有，安装于图中没有表示的机器人的臂或手等的近
似圆筒状的旋转外壳02，在该旋转外壳02的内周形成多个其轴向方向中央部的截面为底端
封闭的抛物线形的柱状内齿05，这些抛物线形的柱状内齿05沿轴线方向延伸，沿圆周方向
等距离分布，此处为以一定齿距p分开配置。旋转外壳02、抛物线形的柱状内齿05为一整体，
构成内齿轮01。所述一定齿距P为：通过构成抛物线形的柱状内齿05的所有内齿根圆R的周
长除以抛物线形的柱状内齿05的根数的值，换言之，为用圆弧线段连接任意相邻的2个抛物
线形的柱状内齿05的齿根圆R的圆弧长度。所述的齿高h为：内齿轮齿顶到内齿轮齿根圆周
上最近的距离。
本发明所述的抛物线形的柱状内齿05一般设置有16～150根左右.但优选在30～
100根的范围内。其理由为，如果使抛物线形的柱状内齿05的齿数在上述范围内，在后述的
外齿齿轮14与内齿轮01啮合的前一级，设置由后述的外齿齿轮16、12构成的减速比为3 / 1
～1 / 7的直齿圆柱齿轮减速机构，使前一级与后一级的减速比组合灵活，则能够容易地获
得高的减速比，而且还能够构成固有震动频率更高的高减速比的行星齿轮装置装置。
上述内齿轮01内沿轴线方向并排容纳有多个（图中为2个）呈环状的外齿齿轮14，
这些外齿齿轮14的外周分别形成有由特殊摆线齿形，构成的多个外齿04。并且，上述外齿齿
轮14的外齿04的齿数Z比上述抛物线形的柱状内齿05的齿数只少1个（齿数差为1）。并且，在
外齿齿轮14与内齿轮01内接的状态下外齿04与抛物线形的柱状内齿05啮合，但2个外齿齿
轮14的最大啮合部位（啮合最深的部位）的相位错开180°。
各外齿齿轮14上形成有至少一个，图中为3个沿轴线方向贯通的曲柄轴孔15，这些
曲柄轴孔 15沿半径方向距离外齿齿轮14的中心轴相等的距离，并且沿圆周方向分开等角
距离分布。09为各外齿齿轮14上形成的多个（与曲柄轴孔15的数量相同，为3个）通孔，这些
通孔09沿圆周方向与曲柄轴孔15交错地配置，并且沿圆周方向分开等角距离分布配置。
07为活装在旋转外壳02内，安装固定在机器人部件的支撑体支座上，该支撑体07
由分布配置在外齿齿轮14的轴线方向两外侧的一对呈近似环形的端板08、13，构成其一端
与端板08连成一体、另一端由多个螺栓10可以装卸地连接在端板13上的多个（与通孔09的
数量相同，为3根）柱状体11构成。并且，连接上述端板08、13的柱状体11沿轴线方向延伸，并
保持若干间隙的插入（活装）在外齿齿轮l4的通孔09内。
03为安装在支撑体07上，具体为端板08、13的外周与旋转外壳02的轴线方向两端
内周之间的一对轴承，通过轴承03，支撑体07可以旋转地支撑着内齿齿轮01。21为沿圆周方
向隔开相等的角度分布配置的至少一根（与曲柄轴孔15的数量相同，为3根）曲柄轴，这些曲
柄轴21，通过外装嵌在其轴线方向的一端上的圆锥滚柱轴承19和外装嵌在其轴线方向的另
一端上的圆锥滚柱轴承19，可以被支撑体07支撑，具体为端板08、13旋转地支撑。
上述曲柄轴21在其轴线方向中央具有2个离曲柄轴21的中心轴等距离偏心量的偏
心凸轮轴17，这些偏心凸轮轴17彼此的相位错开180°。此处，上述曲柄轴21的偏心凸轮轴17
分别通过针状滚柱轴承18活装在外齿齿轮l4的曲柄轴孔15内，结果，上述外齿齿轮14与曲
柄轴21允许相对旋转。并且，各曲柄轴21的轴线方向的一端固定有外齿齿轮16，这些外齿齿
轮16与图中输入轴20一端上设置的外齿齿轮12啮合。
并且，当电动机驱动输入轴20时，使外齿齿轮12旋转，与此同时，在驱动外齿齿轮
16旋转的同时，使曲柄轴21围绕自身的中心轴旋转，结果，曲柄轴21的偏心凸轮轴17在外齿
齿轮14的曲柄轴孔 15内偏心旋转，使外齿齿轮14沿箭头方向偏心摆动旋转。此时，在互相
啮合的抛物线形的柱状内齿05与外齿04的接触点上，如图2、3、4所示，分别作用有外齿04施
加给对应的抛物线形的柱状内齿05沿内齿05齿面法向作用线D方向的驱动分力，并且，作为
其反作用力，分别作用给抛物线形的柱状内齿05施加给外齿04沿内齿05齿面法向作用线D
方向的驱动分力的反作用力K。
使抛物线形的柱状内齿05的齿高h是齿厚S的一半（S/2），并使构成抛物线形的柱
状内齿05的齿厚S除以抛物线形的柱状内齿05的一定齿距P的比值B降至，使外齿04的假想
线表示的齿顶04b超过内齿轮01的齿根圆R的半径方向外侧，例如，当抛物线形的柱状内齿
05的齿数为18时，以往为0.55左右，使其减小至 0.35 左右，由此，使上述抛物线形的柱状
内齿05的齿厚S比以往小，使外齿齿轮14的外齿04的齿根04a向半径方向外侧移动。
并且，当如上所述使外齿04的齿根04a向半径方向外侧移动时，通孔09的半径方向
外端到外齿04的齿根04a的半径方向距离变大，即使上述桥状部23的壁厚J比先前变厚，弯
曲刚性增加，结果，抑制了桥状部23和外齿04受上述反作用力K作用时的弹性变形，能够延
长该外齿04的齿面寿命，而且即使存在转矩负载的情况下也能够提高固有震动频率，能够
提高震动特性和控制性。
此处，当如上所述减小抛物线形的柱状内齿05的齿厚S时，使与两相邻的抛物线形
的柱状内齿05接触（旋转方向前侧齿面和后侧齿面）的外齿04的齿厚和齿高增大，但如果如
上所述使比值B减小到齿顶04b超过内齿齿根01a的齿根圆半径方向外侧的话，则齿高增大
的外齿04干涉内齿齿根01a。为此，通过至少切除外齿04超过内齿轮01的内齿齿根01a的部
位，避免外齿04与内齿轮01的内齿齿根01a的干涉。
此处，优选使上述外齿齿轮14的外齿04上的切除位置，是从外齿齿轮齿顶圆开始：
由外齿轮半径方向由外侧向内侧切除，切除量多少由外齿齿轮齿顶圆半径T减去内齿轮内
齿根圆半径R再加上外齿轮对内齿轮的偏心量e所确定位置量，其切除量要略大于该确定位
置量值。其理由是，如果如上所述的话，则可以最大限度地减少切除量，尽量多地保留而不
切除对传递扭矩起作用的外齿，抑制传递扭矩的减小。同时，可以切除掉外齿04与抛物线形
的柱状内齿05啮合时产生大的滑动部位，若能够保留外齿04与抛物线形的柱状内齿05之间
滑动小的部位，由此能够降低噪音和发热。
并且，作为如上所述的随着齿厚S的变小使外齿04的齿根04a向半径方向外侧变大
移动，方式有三：一是使外齿齿轮14相对于内齿轮01的偏心量e不变、为定值时，增大通过外
齿齿轮14的所有齿根04a的齿根圆的直径的方式；二是使上述齿根圆不变、为定值，增大偏
心量Q的方式；三是以及同时增大齿根圆和偏心量e的方式，但在该实施例1中，使齿根圆为
一定，增大偏心量e。
下面说明关于本发明实施例1的作用。
现在，驱动电动机工作，曲柄轴21旋转。此时，曲柄轴21的偏心凸轮轴17在外齿齿
轮14的曲柄轴孔15内偏心旋转，使外齿齿轮14偏心摆动旋转，但由于上述外齿齿轮14的外
齿04的齿数比抛物线形的柱状内齿05的数量只少1个，因此旋转外壳02和机器人臂等由于
外齿齿轮14的偏心摆动旋转而低速旋转。
此处，由于如上所述使抛物线形的柱状内齿05的齿厚S除以一定齿距P的比值B降
至，使外齿04的齿顶04b超过内齿轮01的内齿齿根圆R的半径方向外侧，因此上述抛物线形
的柱状内齿05的齿厚S比以往小，由此，外齿齿轮14的外齿04的齿根04a向半径方向外侧移
动，结果，桥状部23的壁厚g（最小壁厚）比以往变厚，弯曲刚性变强。
由此，抑制了桥状部23和外齿04受驱动分力的反作用力K时的弹性变形，能够延长
外齿04的齿面寿命，而且固有震动频率增高，能够提高震动特性和控制性。此处，如果是如
上所述的构成，外齿04干涉内齿轮01的内齿齿根01a，但通过至少切除外齿04的超过内齿轮
01的内齿齿根圆R的齿根01a的部位，避免了这种外齿04与内齿轮01的内齿齿根01a的干涉。
实施例2
在该实施例2中，不进行如上述实施例1的外齿04的切除，而是将相邻的抛物线形的柱
状内齿05之间的内齿轮01(旋转外壳02) 的内齿齿根（齿根圆R）和各抛物线形的柱状内齿
05周围的内齿齿根内周切除，优选切除上述抛物线形的柱状内齿05齿根，其切除深度位置
为，外齿04超出内齿齿根圆R以上量的深度，是从内齿齿轮齿根圆开始：由内齿轮半径方向
由内侧向外侧切除，切除量深度由外齿齿轮齿顶圆半径T减去内齿轮内齿根圆半径R再加上
外齿轮对内齿轮的偏心量e所确定位置量。切除上述内齿齿根由外齿04超过内齿齿根（01a）
以上的深度量，此处切除深度大致等于抛物线形的柱状内齿05的齿厚S的一半，以此来避免
外齿04与切除后的内齿轮01（旋转外壳02）的内齿齿根01a的干涉。
结果，各抛物线形的柱状内齿05的齿根圆半径方向外端移动与切除后的内齿轮01
的内齿齿根圆R的齿根01a变大、内齿齿高h增大，旋转外壳02承受作用于各抛物线形的柱状
内齿05驱动分力的内齿齿面法向方向的分力。此时，由于内齿齿根加深变大，因此外齿轮01
能够按照规定的路径摆动移动，避免了外齿04与切除后的内齿轮01（旋转外壳02）的内齿齿
根01a的干涉。另外，其他的结构和作用与上述实施例l相同。
另外，在上述实施例1中，在外齿齿轮14中形成多个（3个）曲柄轴孔15，并且将沿同
一方向等速旋转的曲柄轴21分别插入各曲柄轴孔15中，使外齿齿轮14偏心摆动旋转，但在
本发明中，也可以将1根曲柄轴的偏心凸轮插入外齿齿轮14的中心轴上形成的l个曲柄轴孔
中，由该曲柄轴的旋转使外齿齿轮偏心摆动旋转。此时，支撑体的柱状体必须与通孔的内周
线接触。
并且，在上述实施例1中，固定支撑体07，使内齿轮01低速旋转，但在本发明中，也
可以固定内齿轮，使支持体低速旋转。而且，在不缩小（比例）构成抛物线的柱状内齿05的齿
厚S，原有直径的行星齿轮装置装置A1中，也可以在外齿轮的半径方向的外侧稍微靠近1/2
外齿齿高的某个位置切除外齿04，抑制传递扭矩的降低，同时减少发热和噪音。
实施例3
在图5、6、7中，AⅡ为用于机器人等的偏心摆动型行星齿置装置，该行星齿轮装置装置A
Ⅱ具有安装在例如图中没有表示的机器人的臂、手等上的近似圆筒状的旋转外壳102。在该
旋转外壳102的内周形成有多条其轴向方向的中央部位的截面为抛物线形的柱状内齿105，
这些抛物线形的柱状内齿105沿轴线方向延伸，并且沿圆周方向以等距离配置。因此这些抛
物线形的柱状内齿105沿圆周方向隔开等距离设置在旋转外壳102的内周上。上述的旋转外
壳102、抛物线形的柱状内齿105为一整体，构成在内周上设置了由多个抛物线形的柱状构
成的内齿105的内齿轮101。此处，上述抛物线形的柱状内齿105配置16～150根左右，但优选
在30～100根的范围内。其理由为，如果使抛物线形的柱状内齿105的根数在上述范围内，并
且通过组装后述的外齿齿轮116、112，能够容易地获得需要的速比，而且还能够提高固有震
动频率，获得高减速比的行星齿轮装置装置。
上述内齿轮101内沿轴方向并排容纳有多个（此处为2个）呈环状的外齿齿轮114，
这些外齿齿轮114的外周都分别由特殊摆线齿形形成，具体为内外摆线圆复合成的齿形，使
其构成的多个外齿104。并且，上述外齿齿轮114的外齿104的齿数比上述抛物线形的柱状内
齿105的齿数少1个（齿数差为1）。之所以如此使抛物线形的柱状内齿105与外齿104的齿数
差为l，因为与它们的齿数差为2及以上的值相比，能够容易地做到高减速比，并且能够降低
加工费用。
此处，在外齿齿轮114与内齿轮101内接的状态下外齿104与抛物线形的柱状内齿
105啮合，但2个外齿齿轮114的最大啮合部位（啮合最深的部位）的相位错开180°。
各外齿齿轮114上形成有至少一个，此处为3个沿轴线方向贯通的曲柄轴孔115，这
些曲柄轴孔115沿半径方向离开外齿齿轮114的中心轴相等的距离，并且沿圆周方向隔开相
等的距离。109为各外齿齿轮114上形成的多个（与曲柄轴孔115的数量相同）通孔，这些通孔
109沿圆周方向与曲柄轴孔115交错地配置，并且沿圆周方向分散相等的距离。
107为活装在旋转外壳102内、安装在图中没有表示的固定机器人部件上的支持
体，该支撑体107是由配置在外齿齿轮114的轴线方向两外侧的一对呈环形的端柱件108、
113，和—端与端柱件108连成一体、另一端由多个螺栓110可以装卸地连接在端柱件113上
的多个（与通孔109的数量相同）柱状体111构成。并且，连接上述端柱件108、113的柱状体
111沿轴线方向延伸，并保持若干间隙插入（活装）在外齿齿轮114的通孔109内
103为安装在上述支撑体l07和外壳102间的轴承，具体为：在端板108、113的外周与旋
转外壳102的轴线方向两端内周之间，通过这对轴承103，使这对轴承103在支撑体107上可
以旋转地支撑内齿齿轮101。曲柄轴121为沿圆周方向分开相等的角度设置的至少一根，(与
曲柄轴孔115的数量相同)|曲柄轴，这些曲柄轴121，通过安装在其轴线方向的一端上的圆
锥滚柱轴承119和安装在其轴线方向的另一端上的圆锥滚柱轴承119，由支撑体107支撑，具
体由端柱件108、113旋转地支撑。
上述曲柄轴121在其轴线方向中央具有2个离曲柄轴121的中心轴等距离偏心的偏
心凸轮轴117，这些偏心凸轮轴117彼此的相位错开180°。此处，上述曲柄轴121的偏心凸轮
轴117分别活装在外齿齿轮114的曲柄轴孔101内，并且在它们之间安装有针状滚柱轴承
114，结果，上述外齿齿轮114与曲柄轴121允许相对旋转。并且，各曲柄轴121的轴线方向的
一端固定有外齿齿轮116，这些外齿齿轮116与输入轴120一端上设置的外齿齿轮112啮合，
输入轴由电动机驱动。
并且，当驱动电动机动作，使外齿齿轮116旋转时；同时驱动曲柄轴121围绕自身的
中心轴旋转，结果，曲柄轴121的偏心凸轮117在外齿齿轮114的曲柄轴孔115内偏心旋转，使
外齿齿轮114偏心摆动旋转。此时，在互相啮合的物线形的柱状内齿105与外齿104的接触点
上，分别作用有外齿104施加给对应的抛物线形的柱状内齿105的沿内齿齿面的法向作用线
D方向的驱动分力。
此处，上述的各驱动分力的反作用力K的作用线D，如图12所示的位于与上述接触
点所在齿面垂直的线上，但这些作用线D，由于如上所述抛物线形的柱状内齿105呈抛物线
柱状，外齿104由特殊摆线齿形构成，因此在外齿齿轮114上汇交于力臂轴线OL上产生的等
效的力矩作用点C。于是，上述各驱动分力的切线方向分力的等效合力作为旋转驱动力作用
在内齿轮101上。
但是，在该实施例3中，使上述的汇交于力臂轴线OL上产生的等效的力矩作用点C
比以往向半径方向外侧移动，在位于比上述外端经过圆G靠半径方向外侧。由此，当汇交于
力臂轴线OL上产生的等效的力矩作用点C，如图8所示，位于经过通孔109的中心的半径方向
线上时，所有反作用力K的作用线D相对于通孔109都比以往向切线方向侧倾斜，靠近桥状部
123的延伸方向。结果，抑制了壁薄而刚性低的桥状部123及该桥状部123附近的外齿104的
弹性变形，延长了外齿104的齿面寿命。
而且，当上述汇交于力臂轴线OL上产生的等效的力矩作用点C如上所述位于比外
端经过圆G靠半径方向外侧时，由于不是通孔109的空洞部分，而是切线方向刚性高的桥状
部123承受上述反作用力K的切线方向的分力，因此能够抑制通孔109的变形。但是，当上述
汇聚点C位于通过构成抛物线形柱状内齿105的所有齿根圆R的半径方向外侧时，在外齿104
的齿面上会产生尖锐的部位，因此上述汇交于力臂轴线OL上产生的等效的力矩作用点C必
须位于外端经过圆G与齿根圆R之间。
由于上述的内齿轮101的中心O到汇交于力臂轴线OL上产生的等效的力矩作用点C
的半径方向的距离Q，可以用外齿齿轮114相对于内齿轮101的偏心量e乘以内齿轮101的内
齿齿数105的齿数Z来表示，为了使距离Q比图16所示的以往的距离Q大，可以使偏心量e或齿
数中的某一个或使两者同时比以往大。并且，虽然在该实施例3中为了增大上述距离Q而增
大偏心量e，但为了进一步增大偏心量e，使内齿105的齿厚S比以往的小。此处，优选上述半
径方向的距离Q与上述齿根圆R的半径R之比（L/R）的值在0.85～l.00的范围内。
当将通过构成上述柱状抛物线形内齿的所有内齿齿根圆的半径设为R，并且将内
齿齿轮的齿数设为Z时，使构成上述内齿的齿厚在2Rsin(π/2z)±emm的范围内。如上所述使
内齿105的齿厚比以往的薄、并使偏心量e比以往大的话，则两齿面与内齿105接触的外齿
104变得厚大化，即齿厚、齿高都增大。但是，由于旋转外壳102的内齿齿根圆一般大体位于
上述内齿齿根圆R上，如果外齿104大型化，则外齿104干涉旋转外壳102的内齿齿根。因此在
该实施例3中，沿以外齿齿轮114的中心为曲率中心的圆只按规定量切除上述外齿。104的齿
顶部（图7中用假想虚线表示的部位），来防止外齿104与旋转外壳102的内齿齿根的干涉。另
外，上述的干涉也可以通过将相邻的内齿105之间的旋转外壳102的内齿齿根切除规定的深
度来防止。
并且，在该实施例3中，这对轴承103安装在支撑体107上旋转地支撑内齿壳102，具
体为：上述其中一个轴承103的轴承内圈103b安装在支撑体端柱件113上、轴承外圈103a安
装在内齿壳102上的一端，另一端轴承103的轴承内圈103a安装在端柱件108上、轴承外圈
103a安装在内齿壳102上，通过紧固螺钉110使端柱件108、113为一体；构成这对轴承103在
支撑体107上旋转地支撑内齿壳102。
下面说明本发明实施例3的作用。
现在，驱动电动机工作，曲柄轴121围绕自身的中心轴沿同一方向以相同的速度旋
转。此时，曲柄轴121的偏心凸轮轴117在外齿齿轮114的曲柄轴孔115内偏心旋转，使外齿齿
114偏心摆动旋转，但由于上述外齿齿轮114的外齿104的齿数比内齿105的齿数只少1个，因
此旋转外壳102和安装在其上机器人的臂等由于外齿齿轮114的偏心摆动旋转而低速旋转。
此处，由于使外齿齿轮114的各外齿104施加给对应的内齿105的驱动分力（反作用
力K）的作用线D重合的汇交于力臂轴线OL上产生的等效的力矩作用点C，位于通过所有的内
齿105的齿根圆R与通过所有的通孔109的半径方向外端的外端经过圆G之间，因此当汇交于
力臂轴线OL上产生的等效的力矩作用点C位于通过通孔109的中心的半径方向线上时，所有
的反作用力K的作用线D相对于通孔109都比以往向切线方向侧倾斜，由此抑制桥状部123及
该桥状部123附近的外齿104的弹性变形。
另外，在上述的实施例3中，在外齿齿轮114上形成多个(3个)曲柄轴孔115，并且将
沿同一方向等速旋转的曲柄轴121分别插入各曲柄轴孔115中，使外齿齿轮114偏心摆动旋
转，也可以将l根曲柄轴插入外齿齿轮114的中心轴上形成的1个曲柄轴孔，通过该曲柄轴的
旋转使外齿齿轮偏心摆动旋转。此时，支撑体的柱状体有必须与通孔的内周线接触。
并且，在上述的实施例3中，固定支撑体107，使内齿轮101低速旋转，也可以固定内
齿轮，使支撑体低速旋转。而且，也可以在上述行星齿轮装置装置A11的前一级设置直齿圆
柱齿轮减速机构，进行2级减速。如此，能够获得固有震动频率高的高减速比齿轮装置。
实施例4
在图9、10、11中，AⅢ为用于机器人等的偏心摆动型行星齿轮装置装置，该偏心摆动型
行星齿轮装置装置AⅢ具有安装在例如图中没有表示的机器人臂或手等上的近似圆筒状的
旋转外壳202。在该旋转外壳202的内周形成有多条其轴向方向的中央部位的截面为抛物线
形的柱状内齿，该抛物线形的柱状内齿202沿轴线方向延伸，沿圆周方向等距离配置。
205为由多个呈抛物线形柱状直齿构成的内齿，这些内齿205沿圆周方向以等距离
设置在旋转外壳202的内周。上述的旋转外壳202、内齿205为一整体，构成内齿轮201。此处，
上述内齿205配置16～150根左右，但优选在30～100根的范围内。其理由为，如果使内齿205
的根数在上述范围内，则通过在后述的外齿齿轮214与内齿轮201啮合的前一级，设置一级
直齿圆柱齿轮减速机构，通过使前一级与后一级的减速比的组合，能够容易地获得高减速
比，而且还能够提高固有震动频率，同时获得高减速比的行星齿轮装置装置。
上述内齿轮201内沿轴线方向并排容纳有多个（此处为2个）呈环状的外齿齿轮
214，这些外齿齿轮214的外周分别形成有由特殊摆线齿形，具体为内外摆线圆复合齿形构
成的多个外齿204。并且，上述外齿齿轮214的外齿204的齿数比上述内齿205的齿数只少1个
（齿数差为1）。之所以使内齿205与外齿204的齿数差为1，是因为与当齿数差为2以上相比，
能够做到高减速比，而且能够降低加工费用。
此处，在这些外齿齿轮214与内齿轮201内接的状态下外齿204与抛物线形的柱状
内齿205啮合，但2个外齿齿轮214的最大啮合部位（啮合最深的部位）的相位错开180°。
各外齿齿轮214上形成有至少一个，此处为3个沿轴线方向贯通的曲柄轴孔215，这
些曲柄轴孔215沿半径方向离开外齿齿轮214的中心轴相等的距离，并且沿圆周方向分开相
等的距离。209为各外齿齿轮214上形成的多个（与曲柄轴孔215的数量相同）通孔，这些通
孔209沿圆周方向与曲柄轴孔215交错地配置，并且沿圆周方向分开 相等的距离。
207为活装在旋转外壳202内、安装在图中没有表示的固定机器 人部件上的支撑
体（底座），该支撑体207由配置在外齿齿轮214的 轴线方向两外侧的一对进似环形的端柱
件208、213，和一端与端柱件208连成一体、另一端由多个螺栓210可以装卸地连接在端柱件
213上的多个（与通孔209的数量相同，为3个）柱状体211构成。并且，连接上述端柱件208、
213的柱状体211沿轴线方向延伸，并保证一定间隙的插入（活装）到外齿齿轮214的通孔209
内。
203为安装在上述支持体207，具体为端板208、213的外周与旋 转外壳202的轴线
方向的两端的内周之间的了对轴承，通过这些轴承 203支撑体207可以旋转地支撑内齿齿
轮201。221为沿圆周方向分开相等的角度设置的至少一根（与曲柄轴孔215的数量相同，为3
根）曲柄轴，这些曲柄轴221，通过安装在其轴线方向的一端上的圆锥滚 柱轴承219和安装
在其轴线方向的另一端上的圆锥滚柱轴承219，被支持体207，具体为端柱件208、213可以旋
转地支撑。
上述曲柄轴221在其轴线方向中央具有2个离曲柄轴221的中心轴的等距离偏心的
偏心凸轮轴217，这些偏心凸轮轴217彼此的相位错开180°。此处，上述曲柄轴221的偏心凸
轮轴217分别安装在外齿齿轮214的曲柄轴孔215内，并且在它们之间安装有针状滚柱轴承
218；结果，上述外齿齿轮214与曲柄轴221允许相对旋转。并且，各曲柄轴221的轴线方向的
一端装有固定的外齿齿轮216，这些外齿齿轮216与在图中没有表示的驱动电动机的输出轴
220一端上设置的外齿齿轮212啮合。
并且，如上所述使偏心量e在齿厚S的0.225倍以上的话，由于两齿面与内齿205接
触的外齿204变得厚大化，即齿厚、齿高都增大，因此该外齿204超出大体位于内齿齿根圆p
上的内齿轮201（旋转外壳202）的内齿根部201a并进入，它们之间产生干涉。因此，在该实施
例4中，沿以外齿齿轮214的中心为曲率中心的圆将外齿204从齿顶开始只切除规定的量（只
是图11中用虚线表示的部位），来防止外齿204与内齿轮201的内齿根部201a的干涉。另外，
这些外齿204中的切除量优选，在内齿齿轮201与外齿齿轮214的最大啮合部位，使切除后的
外齿204的顶端与内齿轮201的内齿根部201a之间仅产生微小的间隙的程度。
并且，如上所述在部分地切除各外齿204的原则是：对各外齿从半径方向由外侧向
内侧切除，切除量深度由外齿齿轮齿顶圆半径T减去内齿轮内齿根圆半径R再加上外齿轮相
对内齿轮的偏心量e所确定位置量。其理由为，如此，可以最多的保留外齿，保证外齿204的
弯曲刚性，而且能够使外齿的加工容易。
下面说明本发明实施例4的作用。
驱动电动机工作，曲柄轴221围绕自身的中心轴沿同一方向以相同的速度旋转。此
时，曲柄轴221的偏心凸轮轴217在外齿齿轮214的曲柄轴孔215内偏心旋转，使外齿齿轮214
偏心摆动旋转，但由于上述外齿齿轮214的外齿204的齿数比内齿205的齿数只少1个，因此
旋转外壳202和机器人的臂等由于外齿齿轮214的偏心摆动旋转而低速旋转。
此处，由于如上所述使偏心量e在齿厚S的0.225倍以上，因此内齿轮201的中心O到
汇交于力臂轴线OL上产生的等效的力矩作用点C的距离Q比以往大，即，可使汇交于力臂轴
线OL上产生的等效的力矩作用点C的位置向半径方向外侧大幅移动，由此，上述作用线D相
对于外齿齿轮214比以往大的切线方向侧倾斜，驱动分力K'的沿切线方向分力增大，输出扭
矩增大。
实施例5
在该实施例5中，不进行如上述实施例4的外齿204的切除，而是将所有的内齿205的内
齿轮201（旋转外壳202）的内齿齿根 201a，切除规定深度，深度为：内齿切除从半径方向由
内侧向外侧切除，切除量深度至少要多于由外齿齿轮齿顶圆半径T减去内齿轮内齿根圆半
径R再加上外齿轮相对内齿轮的偏心量e所确定位置量。以此来避免外齿204与内齿轮201
(旋转外壳202)的内齿根201a的干涉。
另外，在上述的实施例4中，在外齿齿轮214中形成多个（3个）曲柄轴孔215，并且将
沿同一方向等速旋转的曲柄轴221分别插入各曲柄轴孔215中，使外齿齿轮214偏心摆动旋
转，但在本发明中，也可以将l根曲柄轴插入外齿齿轮214的中心轴上形成的1个曲柄轴孔，
通过该曲柄轴的旋转使外齿齿轮偏心摆动旋转。此时，支撑体的柱状体有必须与通孔的内
周线接触。
并且，在上述的实施例4中，固定支撑体207，使内齿轮201低速旋转，但在本发明
中，也可以固定内齿轮，使支持体低速旋转。而且，在本发明中，也可以在上述行星齿轮装置
装置AⅢ的前一级设置直齿圆柱齿轮减速机构，进行2级减速。如此，能够提高固有震动频率
高，同时获得高减速比齿轮装置。并且，在上述的实施例4中从齿顶只以规定量切除外齿
204，在实施例5中，将内齿205之间的内齿轮201（旋转外壳202）的内齿根201a只切除规定深
度，但本发明也可以同时切除外齿和内齿轮的内齿齿根。
本发明技术创新对比分析
1.在专利文献1~9中所述装置均采用摆线针轮结构形式，在图12所示的现有传统的摆
线针轮装置ＢⅡ结构剖面原理中，普遍采用针齿04，即内齿04（针齿）的剖面为圆形，内齿轮
03的针齿（内齿）04按内齿04数Z以等角分布于半径为Q的内齿轮03内周上、针齿04数为Z、针
齿04半径为r（直径为d）、外齿轮06相对内齿轮03的偏移量为e。该针齿04内齿齿形存在不能
充分地传递输出转矩，其理由为：如图12所示，装置中互相接触的外齿齿轮06的外齿02在其
接触点上分别给内齿轮03的内齿（滚柱）04施加与齿面垂直方向的驱动分力，同时作为其反
作用内齿（滚柱）04也给外齿02施加上述驱动分力的反作用力K。上述的各驱动分力的反作
用力K的作用线D，位于与上述接触点所在齿面垂直的线上，但这些作用线D，由于如上所述
内齿（滚柱）04呈圆柱状，外齿02由次摆线齿形构成，因此作用在外齿齿轮06上的一点即汇
聚点C汇聚（交叉）；汇聚点C到内齿轮中心O的距离为L。于是，上述各驱动分力的切线方向分
力的合力作为旋转驱动力作用在内齿轮03上。但是，由于各驱动分力的反作用力K对内齿轮
的切线驱动分力不能增大，切线驱动力受到限制；所以，在外齿轮与该内齿轮（针轮）传动啮
合时，在输入驱动力相同的条件下，不能充分产生更大的驱动分力，因为啮合接触点到针齿
（内齿）圆圆心的连线作用力的切线方向分力不能增大，致使输出转矩不能继续增加，传动
扭矩的能力受到限制。
2.创新的抛物线齿形，在图13所示BⅢ的偏心摆动型行星齿轮装置装置图中，为
了更好的对比、说明、理解本发明优于摆线针轮减速装置ＢⅡ情况。BⅢ的偏心摆动型行星
齿轮装置减速装置图中的参数：内齿轮齿数Z、内齿齿根圆半径Q、外齿轮相对于内齿轮的偏
移量e三个参数量与摆线针轮减速装置ＢⅡ装置中相同，用柱状抛物线形内齿（齿厚为S（齿
高为齿厚S的一半））做BⅢ装置中的内齿轮内齿。本发明BⅢ偏心摆动型行星齿轮装置减速
装置结构中，内齿轮03内齿齿形采用抛物线形柱状直齿02，采用新的抛物线齿形设计内齿
轮的内齿02，既内齿02的剖面为抛物线形。该抛物线形内齿齿形能更充分地传递输出转矩，
其理由为：外齿轮与该抛物线形内齿齿形的内齿轮传动啮合时，在与上述输入驱动力相同
的条件下，能进一步增加驱动分力，因为啮合接触点处抛物线形内齿齿形的齿面的法向作
用力的切线方向分力与上述针齿的相比增加，使输出转矩能够继续增加，传动效率得到提
高，并且能够在防止不大型化的同时增大输出扭矩。
其理由为：如图13所示，装置中互相接触的外齿齿轮06的外齿02在其接触点上分
别给内齿轮03的抛物线形内齿04施加与齿面垂直方向的驱动分力，同时作为其反作用抛物
线形内齿04也给外齿02施加上述驱动分力的反作用力K。上述的各驱动分力的反作用力K的
作用线D，位于与上述接触点所在齿面垂直的线上，但这些作用线D，由于如上所述抛物线形
内齿齿形，外齿02由特殊摆线齿形构成，因此作用在外齿齿轮06力臂线OL上且等效作用为C
´点；点C´到内齿轮中心O的距离为L´。于是，上述各驱动分力的切线方向分力的合力作为旋
转驱动力作用在内齿轮03上。但是，对比图12、图13可知OL´力臂大于OL，同时图13中各反作
用力K的切线分力也增加；通过对图12、图13的分析对比得出如下结论：抛物线形内齿齿形
比针齿齿形能输出更大的转矩，所以，在外齿轮与该抛物线形内齿传动啮合时，在输入驱动
力相同的条件下，比摆线针轮类减速装置能产生更大的驱动分力，因为啮合接触点到抛物
线形内齿齿面的法向作用力的切线方向分力能增大，致使输出转矩能继续增加，传动扭矩
的能力得到增加。
3、为了便于分析理解，图17中给出了装置有效工作啮合区的受力分析原理图。
在图17中，表示传统摆线针轮结构是由：内齿轮M、针齿A等组成；内齿轮内齿的分
布圆半径为R、针齿半径为r、H线为过针齿（或抛物线齿）中心和内齿轮中心线，外齿轮外齿D
与内齿轮针齿啮合点的法线F。
在图17中，本发明的齿轮装置是由内齿轮M、抛物线形内齿等组成；内齿轮内齿的
分布圆半径为R、抛物线内齿齿高为h、齿厚为s（齿厚s约等于2倍的针齿半径r）、H线过抛物
线齿（或针齿）中心和内齿轮中心线，外齿轮外齿C与内齿轮针齿啮合点的法线E。
在行星轮做顺时针自转时，内齿轮（针齿轮）做顺时针旋转，使外齿轮外齿D与内齿
轮针齿A相啮合，外齿轮外齿D施加给针齿A的作用力的法向分力F，速度方向V1，该法向分力
通过针齿中心，并与速度方向形成压力角β1，该压力角越小，输出效率越高，传递的输出转
矩越大。
在行星轮做顺时针自转时，内齿轮（抛物线形内齿轮）做顺时针旋转，使外齿轮外
齿C与抛物线形内齿B相啮合（在啮合的小区域内），外齿轮外齿C施加给抛物线形内齿B的作
用力的法向分力E，速度方向V2，该法向分力垂直通过抛物线齿形齿面，并与速度方向形成
压力角β2，该压力角越小，输出效率越高，传递的输出转矩越大。
对比图中β1、β2二压力角可知，β2压力角小于β1压力角；压力角小说明能有更高的
输出效率和产生更大传递转矩；故此，说明采用本发明的偏心摆动型行星齿轮装置装置，对
该类装置产品有显著效率提升和增大输出转矩的作用。